基于“1+X”的工業機器人現場編程與調試課程設計與實施*

許偉，羅明鳳，黃霜

（四川工商職業技術學院，四川 都江堰 611830）

2019 年2月，國務院印發《國家職業教育改革實施方案》，要求從2019年開始，在職業院校、應用型本科高校啟動“學歷證書＋若干職業技能等級證書”制度試點工作[1]。目前工業機器人技術專業領域出臺了工業機器人應用編程、操作與運維、集成應用及裝調等共4個相關的職業技能等級證書[2]。研究將證書培訓內容有機融入專業人才培養方案，特別是如何有效融入“工業機器人現場編程與調試”“PLC”等專業核心課程，圍繞工業機器人應用突破原有課程之間的邊界，成為了職業院校、應用型本科高校研究的熱點。

四川工商職業技術學院于2019年10月獲得批復成為“工業機器人應用編程”證書試點院校，迫切需要在“工業機器人現場編程與調試”等專業核心課程中實現課證深度融合。本研究工作是打破原有課程之間的邊界，深入貫徹《國家職業教育改革實施方案》精神，提升教學針對性，完善職業教育功能，提高技術技能人才的培養質量和就業能力的重要途徑之一。

1 教學整體設計

課程教學整體設計以習近平新時代中國特色社會主義思想為指導思想，以企業技術技能人才需求為導向，根據職業崗位相關要求，對標“1+X”證書中的工業機器人應用編程中級職業技能等級標準，對接國家專業教學標準、大學生技能競賽，結合學校工業機器人技術專業人才培養方案，優化人才培養目標，借鑒悉尼協議成果導向（OBE）教育理念，有機融入“四個自信”、工匠精神、職業素養等思政元素，將新技術、新工藝、新規范納入課程教學內容，強化實踐環節，對學歷教育內容進行重構，校企協作研究與制定基于“1+X”的工業機器人現場編程與調試課程建設方案。

1.1 教學情況分析

1.1.1 教學條件

課程在超星平臺建有“工業機器人現場編程與調試”網絡課程，教學資源豐富完備，涵蓋了動畫、示范視頻、試卷、習題庫等資源，利于開展線上線下混合式教學及數據收集。實踐教學條件良好，設備完備率高，擁有滿足課程理虛實一體化教學的實訓中心，包含工業機器人搬運、焊接、拋光打磨等基礎工作站，以及輕工智能生產線、柔性智能制造集成單元及智能制造集成平臺等綜合工作站。

1.1.2 學情分析

工業機器人現場編程與調試開設于第二學期，總學時64。學生前期已完成“專業導論”“機械制圖與CAD”“電機與電氣控制技術”等課程的學習，初步具備本課程涉及工業機器人技術、機械制圖、CAD、電氣控制技術等知識及技能。本專業生源來源于高考統招和單招，均為理科生，其中統招學生對理論知識的學習能力稍強，但實踐能力稍差；單招班同學理論知識學習能力稍差，但思維活躍動手能力較強。無論高考統招和單招學生，大部分學習興趣不強，屬于被動學習，但接受新知識、新技術能力強。

1.2 教學策略

1.2.1 基于成果導向（OBE）教育理念的理虛實一體化教學模式

借鑒悉尼協議成果導向（OBE）教育理念設計以學生為中心的教學項目，充分利用RobotStudio、PQArt虛擬仿真軟件的“虛”，實訓中心的“實”，理虛實相結合，理論聯系實際、突出重點解決教學難點。

1.2.2 基于學情的因材施教的分類指導教學策略

基于學情，將學生分成A、B、C三層次。A層次同學基礎較好，學習主動性強，實際教學過程中，主要以引導式教學策略為主，鼓勵其利用開放實驗室挑戰創新拓展任務；B層次同學學習興趣不高，屬于被動性學習，采用“講授+引導”相結合教學策略，側重激發主動學習興趣，夯實技能；C層次同學基礎較差，學習積極性差，意志力薄弱，采用“講授+引導+輔導”相結合教學策略，充分利用信息化手段、開放實驗室輔導該層次學生學習，以提高學習動力，重拾信心完成教學目標。

1.2.3 基于多信息化手段的線上線下混合式教學策略

基于學情，充分考慮高職學生認知規律，通過教學平臺課前、課中、課后發布任務與測試題，討論、上傳成果，課中通過教學攝像機記錄學生活動及輔助教學，全程數據采集及時掌握學情、動態調整教學策略。

1.3 教學目標

根據國家工業機器人技術專業教學標準和本專業人才培養目標，明確工業機器人現場編程與調試課程在專業課程體系中的地位和作用，對標“1+X”證書“工業機器人應用編程”中級職業技能等級標準，確定課程教學目標，將課程教學目標分解細化落實到課堂，形成課堂教學目標，優化后課程總目標如下。

總目標：⑴ 能查閱工業機器人技術資料；⑵ 能完成機器人的安裝接線及日常維護和保養任務；⑶能操作機器人進行機器人原點校準和工具工件、坐標設置、I/O信號配置等系統設置；⑷ 能再現示教編程及調試全流程動作；⑸ 能熟練操作機器人進行碼垛、搬運、焊接打磨等典型任務作業；⑹ 能靈活使用虛擬仿真軟件輔助現場編程與調試；⑺ 增強學生的“四個自信”，加強學生職業認同感，躬身服務中國夢、強國夢；⑻ 學會科學探究方法，發展學生自主學習能力，勇于創新，在工作、學習中發揚科學嚴謹、精益求精的工匠精神；⑼ 提高學生溝通交流能力、團隊協作精神，樹立愛崗敬業、開拓創新的職業道德；⑽ 樹立標準意識、責任意識，養成文明生產、安全操作的習慣。

2 課堂教學設計及實施

以課程中的項目二“輪轂搬運程序編寫與調試”（16學時）為例，根據企業崗位調研，機器人搬運作業有生產節拍、搬運準確度、運動路徑及工作柔性等要求，按照工業機器人應用編程“1+X”證書中級職業技能等級標準，要求掌握工業機器人搬運作業的系統參數設置、系統編程、系統離線編程與測試等技能。

對接國家專業教學標準、大學生技能競賽相關要求，將項目二的教學目標細化分解為三個任務。

⑴ 任務1“轂搬運工藝過程分析與構建工藝路線”（2學時）：通過對搬運工藝分析，構建并優化工藝路線，縮短生產節拍。

⑵ 任務2“機器人與PLC的信號配置”（4學時）：完成擴展I/O系統編程，支撐后續任務的信號交互設置。

⑶ 任務3“搬運程序編寫與調試”（10學時）：發揮虛擬仿真軟件優勢，完成系統參數設置及搬運作業路徑仿真驗證，滿足生產節拍、搬運準確度、程序優化等要求，再進行“虛擬軟件+示教器”相結合的在線混合編程，提高編程效率，實現搬運作業及工藝柔性的功能任務。

實施過程中參考企業標準，樹立標準意識，以學生為中心有機融入“四個自信”及科學嚴謹、精益求精的工匠精神，愛崗敬業、團隊協作的職業素養，安全文明、節能環保意識等思政元素[3,4]。同時，借鑒“1+X”證書“工業機器人應用編程”中級職業技能等級考核標準，采用“過程性考核+期末考核”的課程評價方式。其中，過程性考核分值占比60%，包括考勤、線上學習、情境自學、測試題、操作成果、拓展成果；期末考核分值占比40%，包括期末考試、實操考試。

以下以項目二中任務3中子任務1“機器人夾具的自動拾取程序編寫與調試”（2學時）為例，介紹理虛實一體化的教學實施過程，教學活動包括課前準備、課中實踐、課后拓展等教學環節。

2.1 課前準備

課前根據提前在教學平臺發布的機器人安全操作測試題、討論輪轂搬運工藝優化路線的數據反饋，動態調整對應的教學策略。基于學情及數據反饋，將A、B、C三層次的學生混搭為3人的學習小組，根據崗位角色，交替扮演編程員、安全員、記錄員，其中編程員負責機器人示教編程與調試，安全員負責輔助示教調試及安全，記錄員負責任務實施及問題記錄。

2.2 課中實踐

課中采用“評－引－思－學－練－評”理虛實一體化教學流程，以學生為中心，充分發揮學生的主觀能動性，完成課堂教學目標。

⑴ 課前點評：對課前發布的測試題、討論等進行點評，如通過安全測試題點評強調嚴謹、責任、安全意識。

⑵ 引任務：通過播放課堂任務動畫，引出本次課程任務，明確知識、技能、素質目標。

⑶ 思問題：教師啟發引導學生主動思考問題，逐步進入學習狀態。

⑷ 學榜樣+學知識：選取大國工匠、勞動模范的先進案例為學習榜樣，引入精益求精的工匠精神，愛崗敬業、團隊協作的職業素養等思政元素，引導學生在實踐中養成工匠精神及職業素養，從而提煉本次任務涉及的知識點、技能點，通過案例引導學生完成學習。

⑸ 練技能：學習小組按照“實訓中心6S現場管理標準”進行實操，要求規范操作且保持工位整潔，實操結束后設備歸位并整理工位，學生根據組內分工各司其職交替角色完成任務；此流程中教師做好問題記錄、過程性評價及答疑指導。

⑹分享評價：學生分享虛擬仿真動畫、操作錄像、實操演示等成果，完成學生自評、生生互評、教師評價環節，并將評價數據上傳教學平臺，支撐過程性評價。

2.3 課后拓展

基于學情，設置難度遞增的拓展任務，提高學生拓展創新能力，如設置依次序、通用多工具自動拾取仿真及實操等拓展任務，學生可通過虛擬仿真軟件、開放實驗室完成上述拓展任務，并將成果提交教學平臺，便于獲取教師查閱點評及線下指導。

3 課程實施成效

3.1 教書和育人相統一，促進了學生在知識、技能、素質等方面的全面提升

實施課改以來，理虛實一體化教學模式充分發揮了學生在課程中的主角作用，充分調動了學生的學習主動性，助力學生對理論與實踐的辯證統一。線上線下混合式教學策略，讓學習變得更靈活、更有效，結合客觀、全面的“過程性考核+期末考核”的課程評價方式，讓更多的學生主動關注自己的成績分數，增強學習競爭動力。分類指導、因材施教促成了大部分學生被動學習向主動學習探索的習慣轉變，形成了A層次學生努力拔尖，B、C層次奮力追趕的良好學習氛圍。

相比于往屆畢業生，實施課程改革后18、19級學生的技能水平和職業素養都有了明顯提升。在省級大學生工業機器人技術應用技能大賽等技能大賽中獲得省級二、三獎項多項，在行業競賽全國職業院校自動化產線裝調虛擬仿真技能大賽中獲得了包括一等獎在內的多項榮譽，用人單位對18級工業機器人技術專業畢業生技能水平和綜合素質給予了極大的肯定。

3.2 廣調研、勤鉆研，師資綜合水平獲得了全面提升

實施課改以來，專業教師開展廣泛調研，集思廣益開發更加靈活、全面的活頁式教材。教師主動求變，設計以學生為中心的學習情境，充分利用信息化手段，嘗試多種教法相結合、因材施教的教學策略，保證教學目標的達成；主動聯系企業，參加企業鍛煉，學習新技術、新工藝、新規范。

實施課改以來，專業教師積極參加“1+X”技能師資培訓，多人獲得了培訓合格證、考核師證，實踐能力有了針對性提升，專業教師在校級教師教學能力大賽中獲得專業組一等獎多項，并在省級教師教學能力大賽中獲得三等獎。

4 結語

基于“1+X”證書制度，實施工業機器人現場編程與調試課程的改革，是落實立德樹人根本任務，深入貫徹《國家職業教育改革實施方案》精神，提升教學針對性的重要舉措，促進了專業教師的個人綜合水平的提升。另一方面，課程改革充分發揮了學生的主觀能動性，極大地提升技能水平，促進主動發揚工匠精神和職業素養的習慣養成，為后期開展技能等級考核，乃至勝任就業崗位都奠定了堅實基礎。